CC BY
96
УДК 006.72
АКТУАЛИЗАЦИЯ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ В МЕТРОЛОГИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ИЗУЧЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
А.А. Наумов, В.В. Орехов
anatnaumov@mail. ги
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Приведен анализ изменений терминологии и понятий, используемых при обработке и представлении результатов измерений в соответствии с межгосударственными рекомендациями по метрологии РМГ 29-2013. Указано на необходимость в практической и учебной деятельности использовать теорию неопределенностей вместо теории погрешностей. При оценке точности измерений следует использовать неопределенности типов А и В, суммарные и расширенные неопределенности, интервалы охвата и т.д.
Ключевые слова: Метрология, неопределенность результата измерения, метрологическая прослеживаемость.
UPGRADING OF TERMS AND DEFINITIONS IN METROLOGY
A.A. Naumov, V.V. Orekhov
anatnaumov@mail. ru
Kazan State Power-Engineering University, Kazan, Russia
Analyzed are the changes introduced into terms and definitions used for processing and presentation of the measurement results in compliance with the interstate recommendations on Metrology РМГ 29-2013. The article indicates the necessity to use the uncertainty approach instead of the error theory. For evaluation of measurements precision one shall use uncertainties of the type A and B, combined and expanded uncertainty, coverage interval etc.
Keywords: Metrology, calculation result uncertainty, metrological traceability Введение
Терминология является важным элементом любого нормативно-технического документа. Использование единой терминологии упрощает взаимодействие участников рынка как национального, регионального, так и международного, позволяет недопустить неоднозначность толкования тех или иных положений договоров, обеспечивает единую систему оценок результатов работ.
С момента введения межгосударственных рекомендаций по метрологии РМГ 29-99 прошло более 15 лет. В этот период продолжалось развитие понятийного аппарата современной метрологии, изучалось влияние метрологии на новые области измерений, анализировались процессы глобализации и интеграции в мировой экономике. С 1.01.2015 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в Российской Федерации введены в действие новые РМГ 29-2013 «МЕТРОЛОГИЯ. Основные термины и определения» [1]. Одной из задач актуализации РМГ 29 явилась гармонизация с \южд\ народной терминологией, что направлено на обеспечение единого подхода к оценке
98
качества результатов измерений, установление их метрологической прослеживаемости и, в конечном итоге, способствует взаимному признанию результатов измерений, калибровок, испытаний и выполнению международных обязательств стран признавших настоящий документ (Армения, Азербайджан, Беларусь, Киргизия, Россия, Таджикистан).
Основная часть
Более половины терминов перешли в новую редакцию без изменений. 128 терминов не нашли своего отражения в РМГ 29-13. Среди них есть много таких, которые достаточно широко применялись в отечественной метрологии, а именно: размерная и безразмерная физические величины, равноточные и неравноточные измерения, однократные и многократные измерения, измерительный сигнал, рабочее средство измерения, отметка и деление шкалы, статическая и динамическая погрешность измерения, промах, государственный метрологический контроль и надзор, испытание типа и утверждение типа средства измерений и др. Отчетливо просматривается исключение терминов, связанных с обеспечением единства измерений, метрологическими службами и их деятельностью.
Вместе с тем в рекомендациях содержатся термины, давно употребляемые в метрологии, но которых не было в РМГ 29-99, например: международная система единиц СИ, уравнение связи между единицами, измеренное значение величины, правильность (измерений), максимальная допускаемая погрешность (измерения), инструментальная погрешность измерения, модель измерений, входная и выходная величины, детектор, регулировка, номинальное значение величины, нормированные условия измерений, стабильность средства измерения, калибратор, справочные данные, стандартные справочные данные, сличение эталонов, аттестация методик измерения.
Новая редакция РМГ 29 имеет как некоторые смысловые изменения в определениях терминов, так и изменения названий самих терминов. Бросается в глаза отсутствие определения «физическая», например, в терминах 1 и 2 (табл. 1). Вместе с тем особых смысловых различий в определениях этих терминов не наблюдается.
Таблица 1
Изменения в определениях терминов
№ п/п термин Определение по РМГ 29-99 Определение по РМГ 29-2013
1 Величина (физическая величина) Одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для многих объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
2 Величина (физическая величина) Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин. Согласованная совокупность величин и уравнений связи между ними, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины условно принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.
3 Результат измерения (физической) величины Значение величины, полученное путем ее измерения Множество значений величины, приписываемых измеряемой величине вместе с любой другой доступной и существенной информацией.
4 Погрешность результата измерения Отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Разность между измеренным значением величины и опорным значением величины.
Следует обратить внимание на определение результата измерения величины и погрешности как на основополагающие понятия в метрологии (термины 3 и 4 в табл. 1).
Определение понятия результата измерения претерпело существенное изменение по сравнению с определением РМГ 29-99 и вобрало в себя выражение точности измерения. Информация, приводимая в результате измерения, определяется особенностями конкретного измерения и соответствует требованиям, предъявляемым к этому измерению. В большинстве случаев информация относится к точности измерения и выражается показателями точности (среднее квадратическое отклонение, доверительные границы погрешности, стандартная неопределенность измерений, суммарная стандартная и расширенная неопределенности), в обоснованных случаях содержит указание методики измерений и др.
Есть в новой редакции РМГ 29 и сравнительно новые термины и определения (табл. 2).
Таблица 2
Новые термины и определения_
№ п/п Термин Определение по РМГ 29-2013
1 Принятая опорная шкала Шкала значений величины, установленная официальным соглашением.
2 Качественное свойство Назывательное свойство; неразмерное свойство; свойство материального объекта или явления, которое не имеет размера
3 Референтная методика измерений Методика измерений, принятая для получения результатов измерений, которые могут быть использованы для оценки правильности измеренных значений величины, полученных по другим методикам измерений величин того же рода, а также для калибровки или для определения характеристик стандартных образцов
4 Первичная референтная методика измерений Референтная методика измерений, которая используется для получения результата измерения без сравнения с эталоном единицы величины того же рода.
5 Опорное значение (величины) Значение величины, которое используют в качестве основы для сопоставления со значениями величин того же рода.
6 Принятое значение Значение величины, по соглашению приписанное величине для данной цели.
7 Неопределенность (измерений) Неотрицательный параметр, характеризующий рассеяние значений величины, приписываемых измеряемой величине на основании измерительной информации.
8 Стандартная неопределенность (измерения) Неопределенность измерений, выраженная в виде стандартного отклонения.
9 Суммарная стандартная неопределенность (измерения) Стандартная неопределенность измерений, которую получают суммированием отдельных стандартных неопределенностей измерений, связанных с входными величинами в модели измерений.
10 Расширенная неопределенность Произведение суммарной стандартной неопределенности и коэффициента охвата большего, чем число один.
11 Интервал охвата Интервал, основанный на имеющейся информации, который содержит совокупность истинных значений измеряемой величины с заданной вероятностью.
12 Вероятность охвата Вероятность того, что совокупность истинных значений измеряемой величины находится в указанном интервале охвата.
Продолжение таблицы 2
13 Оценивание Оценивание составляющей неопределенности измерений путем
неопределенности по статистического анализа измеренных значений величины,
типу А получаемых при определенных условиях измерений
14 Оценивание Оценивание составляющей неопределенности измерений способами,
неопределенности по отличными от оценивания неопределенности измерений по типу А.
типу В
15 Бюджет Отчет о неопределенности измерений, составляющих
неопределенности неопределенности, их вычислении и суммировании.
16 Дефинициальная Составляющая неопределенности измерений, являющаяся
неопределенность результатом ограниченной детализации в определении измеряемой величины
17 Целевая Верхняя граница неопределенности измерений, заранее
неопределенность установленная исходя из предполагаемого использования результатов измерений.
18 Относительная Стандартная неопределенность измерений, деленная на модуль
стандартная измеренного значения величины
неопределенность
измерении
19 Время отклика Интервал времени от момента, когда значение величины на входе средства измерения или измерительной системы скачкообразно изменяется до определенного уровня (значения), до момента, когда соответствующее показание средства измерения или измерительной системы достигает установившегося конечного значения и остается в заданных пределах.
20 Инструментальный Непрерывное или ступенчатое изменение показаний во времени,
дрейф вызванное изменениями метрологических характеристик средства измерения.
21 Метрологическая Свойство результата измерения, в соответствие с которым результат
прослеживаемость может быть соотнесен с основой для сравнения через документированную непрерывную цепь калибровок, каждая из которых вносит вклад в неопределенность измерения
Цепь метрологической Последовательность эталонов и калибровок (поверок), которые
прослеживаемости используются для соотнесения результата измерения с основой для сравнения
Калибровочная Последовательность калибровок, начиная от основы для сравнения и
иерархия кончая средством измерения, причем в этой последовательности результат каждой калибровки зависит от результата предыдущей калибровки.
Новым в РМГ 29-2013 является наличие схем связи понятий, которые иллюстрируют взаимные отношения между терминами, что требует дополнительного внимания.
Термин неопределенность результата измерения относится к интервальной оценке погрешности и характеризует дисперсию значений, характеризующую измеряемую величину [2]. Введенные группы составляющих неопределенности А и В неадекватны случайным и систематическим погрешностям. Неопределенности типа А оцениваются статистическими методами на основе многократных измерений и описываются с помощью центрированных случайных величин - дисперсией или средним квадратическим отклонением. Взаимодействие неопределенностей типа А описывается с использованием коэффициентов взаимной корреляции.
В отношении неопределенности типа В сказано, что они оцениваются любыми другими методами, кроме статистических. Но оценивать их следует величинами, аналогичными дисперсии или средними квадратическими отклонениями. Это требование связано с тем, что различные составляющие типов А и В требуется объединять. Оценить неопределенность типа В можно на основании информации, взятой из авторитетных публикаций. Она связана со значением аттестованного стандартного образца, полученного из сертификатов калибровки и с классом точности поверенного средства измерений, полученного, исходя из пределов, установленных на основе опыта и т.д.
Метрологическая прослеживаемость требует наличия установленной калибровочной иерархии и/или поверочной схемы. Для измерений с более чем одной входной величиной в модели измерений каждое из значений входных величин должно само быть метрологически прослеживаемо, а калибровочная иерархия может иметь форму разветвленной структуры или сети. Усилия, связанные с установлением метрологической прослеживаемости для каждого значения входной величины, должны быть соизмеримы с ее относительным вкладом в результат измерения.
Отмечено, что недопустимо осуществлять подмену понятий, например, выборочное стандартное отклонение среднего арифметического
называть средней квадратической погрешностью.
О необходимости перехода к оценкам неопределенности измерений свидетельствуют нормативные документы в области электроэнергетики, введенные в последние годы (см. ГОСТ 30804.4.7-2013 (1ЕС 61000-4-7:2009), ГОСТ 30804.4.30-2013 (1ЕС 61000-4-30:2008), а также в других областях производства [3 -7].
Общие правила оценивания и выражения неопределенности измерения, которые следует соблюдать при измерениях разной точности и в разных областях - от технических измерений на производстве до фундаментальных научных исследований установлены в руководстве [8].
Проведенный авторами тщательный сравнительный анализ РМГ 29-99 и РМГ 292013 позволяет заинтересованным лицам сократить время на изучение и осознание последней редакции РМГ 29, а приведенные разъяснения могут помочь в повышении метрологической грамотности в практической деятельности, связанной с измерениями и метрологическим обеспечением.
В настоящее время для оценок точности измерений следует осуществить переход от терминов и понятий традиционно использовавшейся в России теории погрешности, к терминам и понятиям теории неопределенности. В новом РМГ 29 в большей степени, чем в предыдущем, использованы основные и общие понятия, соответствующие термины международного словаря основных и статистических терминов в метрологии [9; 10]. Вместе с тем, в приведенных новых формулировках определений преимущество отдавалось принципам сохранения преемственности и целостности сложившихся терминов.
Введение новых рекомендаций по метрологии требует в практической деятельности, преподавании и изучении технических дисциплин, непосредственно связанных с проведением измерений и оценкой достоверности результатов измерений, использовать термины и определения из РМГ 29-2013. Наличие ряда понятий, связанных, прежде всего с метрологической прослеживаемостью и неопределенностью измерений, требует от преподавателей ВУЗов определенных усилий для коррекции материалов учебно-методических комплексов.
Выводы
Литература
1. РМГ 29-2013 Государственная система обеспечения единства измерений. МЕТРОЛОГИЯ. Основные термины и определения. М.: Стандартинформ. 2014. 56 с.
2. Ординарцева Н.П., Фурман О.В. Формирование результата измерения в условиях неопределенности // Изв. ВУЗов. Поволжский регион. Технические науки. Электроника, измерительная и радиотехника.
2012. №3 (23). С. 55-60.
3. Danilov А.А., Ordinartseva N.P. Experiment planning in conditions of measurement results uncertainty // Metrology and metrology assurance 2012: Proceeding of the 22th National Scientific Symposium with International Participation, September 10-14, 2012, Bulgaria, Technical University of Sofia. P. 29-34.
4. Савкова E.H. Оценивание неопределенности результатов измерений на основе модельного подхода // Техническое нормирование, стандартизация и сертификация в строительстве. Минск.
2013. №3. С. 10-16.
5. Москалев А. А. Квантово-механическая трактовка неопределенности измерений в метрологии // Молодой ученый. 2016. № 5. С. 841-844.
6. Фролов C.B., Вернидуб О.Д.. Особенности оценки неопределенности результатов измерений физико-механических показателей качества металлопродукции // Современная лабораторная практика. 2013. № 3. С. 8-10.
7. Сисенгалиев М., Айткожаев А.З., Нурмуханова А.З. Анализ влияния процедуры подготовки проб на неопределенность результатов спектрометрического анализа // Вестник КазНИТУ (Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Республика Казахстан) 2016. №1. С. 341-345.
8. ГОСТ Р 54500.3-2011 РУКОВОДСТВО ИСО/МЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения ч. 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. М.: Стандартинформ. 2012. 101 с.
9. Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины: пер. с англ. и фр. Изд. 2-е, испр. СПб.: НПО "Профессионал", 2010. 82 с.
10. Квинн Т. Международный словарь по метрологии - Основные и общие понятия и соответствующие термины (VIM). Критические заметки и предложения // Главный метролог. 2014. №6. С. 16-18.
References
1. РМГ 29-2013 State System of measurements traceability provision. METROPOGY. Basic terms and definitions. M.: Standartinform. 2014. 56 p.
2. Ordinartseva N.P., Furman O.V. Measurement results formation in conditions of uncertainly // News of Higher Educational Institutions. Volga region. Technical sciences. Electronics, Measurement and radio technology. 2012. No3 (23). P. 55-60.
3. Danilov A.A. Experiment planning in conditions of measurement results uncertainty / A.A.Danilov, N.P. Ordinartseva // Metrology and metrology assurance 2012: Proceeding of the 22th National Scientific Symposium with International Participation, September 10-14, 2012, Bulgaria, Technical University of Sofia. P. 29-34.
4. Savkova E.N. Measurement results uncertainly evaluation based on simulation approach // Technical rate setting, standardization and certification in construction. Minsk. 2013. No 3. P. 10-16.
5. Moskalev A.A. Quantum-mechanical interpretation of measurements uncertainty in metrology // Young Scientist. 2016. No 5. P. 841-844.
6. Frolov S.V., Vemidub O.D. Evaluation features of metal products physical and mechanical indicators measurements uncertainty results. // Modem laboratory practice. 2013. No 3. P. 8-10.
7. Sisengeliyev M., Aytkozhayev A.Z., Nurmukhanova A.Z. Impact analysis of samples preparation procedure for the results uncertainty of spectrometric analysis // Bulletin of KazNITU (Kazakh National University named after Al-Farabi Almaty, the Republic of Kazakhstan) 2016. Nol. P. 341-345.
8. GOST P 54500.3-2011 ISO GUIDEPINES/MEK 98-3:2008. Measurement uncertainty. Part 3. Guidelines for measurement uncertainly presentation. M.: Standartinform. 2012. 101 p.
9. International dictionary on metrology: basic and general notions and corresponding terms: transl. from Eng. andFr.. SPb.: NPO "Professional". 2010. 82 p.
10. Quinn T. International dictionary on metrology - Basic and general notions and corresponding terms (VIM). Critical notes and suggestions // General metrologist. 2014. No 6. P. 16-18.
Авторы публикации
Наумов Анатолий Алексеевич - д-р физ.-мат. наук, профессор, профессор каф. Теоретические основы электротехники Казанского государственного энергетического университета. Орехов Владимир Владимирович - канд. техн. наук, доцент, доцент каф. Теоретические основы электротехники Казанского государственного энергетического университета.
Authors of the publication
Anatoliy A. Naumov - Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, the Department of Theoretical Basics of Electrical Engineering, Kazan State Power-Engineering University, Kazan, Russia.
Vladimir V. Orekhov - Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Theoretical Basics of Electrical Engineering, Kazan State Power-Engineering University, Kazan, Russia.
Дата поступления 27.01.2017.
